Un microscop este un dispozitiv optic care vă permite să obțineți imagini mărite ale obiectelor mici sau ale detaliilor acestora care nu pot fi văzute cu ochiul liber.

Literal, cuvântul „microscop” înseamnă „a observa ceva mic” (din grecescul „mic” și „mă uit”).

Un ochi uman, ca oricare sistem optic, caracterizat printr-o anumită rezoluție. Aceasta este cea mai mică distanță dintre două puncte sau linii atunci când acestea nu se îmbină încă, dar sunt percepute separat unul de celălalt. Cu vedere normală la o distanță de 250 mm, rezoluția este de 0,176 mm. Prin urmare, ochiul nostru nu mai este capabil să distingă toate obiectele a căror dimensiune este mai mică decât această valoare. Nu putem vedea celule vegetale și animale, diferite microorganisme etc. Dar acest lucru se poate face cu ajutorul unor instrumente optice speciale - microscoape.

Cum funcționează un microscop?

Un microscop clasic este format din trei părți principale: optic, de iluminat și mecanic. Partea optică este formată din oculare și lentile, partea de iluminare include surse de lumină, un condensator și o diafragmă. Partea mecanică include de obicei toate celelalte elemente: un trepied, un dispozitiv rotativ, o scenă, un sistem de focalizare și multe altele. Toate împreună ne permit să efectuăm cercetări în microlume.

Ce este o „diafragmă de microscop”: să vorbim despre sistemul de iluminare

Pentru observații ale microlumii iluminare buna este la fel de important ca calitatea opticii microscopului. LED-uri, lămpi cu halogen, oglindă - diferite surse de lumină pot fi folosite pentru un microscop. Fiecare are propriile sale avantaje și dezavantaje. Iluminarea de fundal poate fi de sus, de jos sau combinată. Locația sa afectează ce specimene microscopice pot fi studiate folosind un microscop (transparente, translucide sau opace).

Sub scena pe care este plasată proba pentru cercetare, se află o diafragmă de microscop. Poate fi disc sau iris. Diafragma este concepută pentru a regla intensitatea luminii: poate fi folosită pentru a regla grosimea fasciculului de lumină care vine de la iluminator. O diafragmă disc este o placă mică cu găuri de diferite diametre. Este de obicei instalat pe microscoape de amatori. Diafragma irisului este formată din multe lame, cu ajutorul cărora puteți schimba ușor diametrul orificiului de transmitere a luminii. Este mai frecvent la microscoapele de calitate profesională.

Partea optică: oculare și lentile

Lentilele și ocularele sunt cele mai populare piese de schimb pentru un microscop. Deși nu toate microscoapele acceptă schimbarea acestor accesorii. Sistemul optic este responsabil pentru formarea unei imagini mărite. Cu cât este mai bună și mai perfectă, cu atât imaginea devine mai clară și mai detaliată. Dar cel mai inalt nivel optica de calitate este necesară doar la microscoapele profesionale. Pentru cercetarea amatorilor, optica standard din sticlă este suficientă, oferind o mărire de până la 500-1000 de ori. Dar vă recomandăm să evitați lentilele din plastic - calitatea imaginii în astfel de microscoape este de obicei dezamăgitoare.

Elemente mecanice

Orice microscop conține elemente care permit cercetătorului să controleze focalizarea, să ajusteze poziția probei studiate și să ajusteze distanța de lucru a dispozitivului optic. Toate acestea fac parte din mecanica microscopului: mecanisme coaxiale de focalizare, driver de droguri și suport de droguri, butoane de reglare a clarității, scenă și multe altele.

Istoria creării microscopului

Nu se știe exact când a apărut primul microscop. Cele mai simple aparate de mărire sunt biconvexe lentile optice, au fost găsite în timpul săpăturilor de pe teritoriul Babilonului Antic.

Se crede că primul microscop a fost creat în 1590 de către opticianul olandez Hans Jansen și fiul său Zachary Jansen. Deoarece lentilele în acele vremuri erau lustruite manual, aveau diverse defecte: zgârieturi, denivelări. Defectele lentilelor au fost căutate folosind o altă lentilă - o lupă. S-a dovedit că dacă te uiți la un obiect folosind două lentile, acesta este mărit de multe ori. Prin montarea a 2 lentile convexe în interiorul unui tub, Zachary Jansen a primit un dispozitiv care semăna cu o lunetă. La un capăt al acestui tub era o lentilă care a servit drept obiectiv, iar la celălalt era o lentilă de ocular. Dar spre deosebire de ochean Dispozitivul lui Jansen nu a apropiat obiectele, ci le-a mărit.

În 1609 italiană savantul Galileo Galileo a dezvoltat un microscop compus cu un convex și lentile concave. L-a numit „occhiolino” - ochi mic.

10 ani mai târziu, în 1619, inventatorul olandez Cornelius Jacobson Drebbel a proiectat un microscop compus cu două lentile convexe.

Puțini oameni știu că microscopul și-a primit numele abia în 1625. Termenul „microscop” a fost sugerat de un prieten Galileo Galilei Medicul și botanistul german Giovanni Faber.

Toate microscoapele create la acea vreme erau destul de primitive. Astfel, microscopul lui Galileo a putut mări doar de 9 ori. După ce a îmbunătățit sistemul optic al lui Galileo, omul de știință englez Robert Hooke și-a creat în 1665 propriul microscop, care avea deja o mărire de 30 de ori.

În 1674, naturalistul olandez Antonie van Leeuwenhoek a creat un microscop simplu care folosea o singură lentilă. Trebuie spus că crearea de lentile a fost unul dintre hobby-urile omului de știință. Și datorită priceperii sale înalte în șlefuire, toate lentilele pe care le-a făcut au fost de foarte bună calitate. Leeuwenhoek le-a numit „microscopie”. Erau mici, cam de mărimea unei unghii, dar puteau mări de 100 sau chiar de 300 de ori.

Microscopul lui Leeuwenhoek era o placă de metal cu o lentilă în centru. Observatorul s-a uitat prin ea la proba fixată pe cealaltă parte. Și deși lucrul cu un astfel de microscop nu a fost pe deplin convenabil, Leeuwenhoek a reușit să facă descoperiri importante cu ajutorul microscoapelor sale.

La acea vreme, se știa puțin despre structura organelor umane. Cu ajutorul lentilelor sale, Leeuwenhoek a descoperit că sângele este format din multe particule minuscule - globule roșii și muşchi- din cele mai fine fibre. În soluții a văzut cele mai mici creaturi forme diferite, care s-a mișcat, s-a ciocnit și s-a împrăștiat. Acum știm că acestea sunt bacterii: coci, bacili etc. Dar înainte de Leeuwenhoek acest lucru nu se știa.

În total, oamenii de știință au realizat peste 25 de microscoape. 9 dintre ei au supraviețuit până astăzi. Sunt capabili să mărească imaginile de 275 de ori.

Microscopul lui Leeuwenhoek a fost primul microscop care a fost adus în Rusia la ordinul lui Petru I.

Treptat, microscopul a fost îmbunătățit și a căpătat o formă apropiată de cea modernă. Oamenii de știință ruși au adus și ei o contribuție uriașă la acest proces. ÎN începutul XVIII secolului în Sankt Petersburg, în atelierul Academiei de Științe au fost create modele îmbunătățite de microscoape. Inventatorul rus I.P. Kulibin și-a construit primul microscop fără nicio cunoștință despre cum a fost făcut în străinătate. A creat producția de sticlă pentru lentile și a inventat dispozitive pentru șlefuirea lor.

Marele om de știință rus Mihail Vasilevici Lomonosov a fost primul om de știință rus care a folosit un microscop în cercetările sale științifice.

Probabil că nu există un răspuns clar la întrebarea „Cine a inventat microscopul?” Cei mai buni oameni de știință și inventatori din diferite epoci au contribuit la dezvoltarea microscopiei.

Timp de câteva secole, acest dispozitiv optic nu a fost doar unul dintre motoarele progresului științific și tehnologic, ci a inspirat și cercetătorii să-și extindă limitele propriilor cunoștințe. Datorită lui s-au făcut multe lucruri cele mai mari descoperiri, folosit în viața umană modernă. De ce este nevoie? microscop- această întrebare este relevantă și pentru generația tânără, însetată de cunoaștere și nu indiferentă față de știință. Nu există nicio îndoială că cel mai interesant urmează să vină. Prin urmare, dacă gândul de a studia biologia a venit la tine sau la copilul tău, acest lucru este deja bun, deoarece un înlocuitor demn este în creștere, care în viitor va determina vectorul dezvoltării civilizației.

Doar pentru a vedea cu ochii tăi ceea ce a existat lângă noi de mii de ani lume invizibilă, care este aproape imposibil de prins fără instrumente de mărire. Să ne oprim mai în detaliu asupra principalelor avantaje, deoarece, pe lângă microorganisme, celule și bacterii, lucrurile familiare iau și o formă uimitoare vizual nouă, trebuie doar să le priviți prin orificiul ocularului.

Suport didactic vizual. Sălile de clasă sunt dotate cu microscoape institutii de invatamant, de exemplu, în școli, licee și universități. În vremea URSS, Ministerul Educației a dezvoltat o tehnică în care un elev poate vedea papucul ciliat, euglena și ameba nu numai în imaginea manualului, ci și în viața reală. În același timp, informațiile sunt mai bine stocate în cap, iar copiii își pot alege profesia mai conștient.

Un hobby interesant. Când cumpără un microscop pentru copilul lor deștept, părinții uneori ridică din umeri de ce are nevoie de el. Cu toate acestea, de îndată ce biroul se transformă într-un laborator de acasă, nu numai copiii, ci și mamele și tații sunt atrași de observații impresionante. Ca rezultat, acest lucru se poate transforma într-un hobby vibrant de familie! Puteți examina absolut totul - nu numai organisme microscopice și activitatea lor aparent amuzantă agitată într-o picătură obișnuită de apă, ci și tot ce este la îndemână - monede, țesături, produse din hârtie și plastic, pietricele, nisip, sare și zahăr. Dacă fanteziile și setea de a învăța ceva nou nu se usucă, atunci întrebarea „ce altceva să crești” va dispărea de la sine.

Verificarea calității produselor alimentare. Într-adevăr, astăzi s-a format un întreg strat de cetățeni care vor să conducă imagine sănătoasă viaţă. Și un microscop este foarte util aici. Uită-te la carne, lapte, pâine, făină, cereale în general, la tot ce se consumă ca hrană. Și pe baza a ceea ce vedeți, puteți trage concluzii - este potrivit pentru alimente sau trebuie ajustată dieta.

Proces creativ. În era tehnologiei computerelor, microscopia nu a fost lăsată în urmă. Cu ajutorul camerelor speciale poți face fotografii și videoclipuri cu obiecte mărite! Și dacă rezultatele cercetării obținute sunt postate sub formă de fișiere pe resursele Internet corespunzătoare sau în în rețelele sociale, atunci în curând biologul novice va avea un cerc de admiratori creativitate neobișnuită. Ce zici de fabricarea de bijuterii și crearea de bijuterii cu modele delicate? Acest lucru este posibil, deși va necesita un model instrumental.

Folosit pentru a obține măriri mari la observarea obiectelor mici. O imagine mărită a unui obiect într-un microscop este obținută folosind un sistem optic format din două lentile cu focalizare scurtă - un obiectiv și un ocular. Lentila va produce o imagine mărită cu adevărat inversată a obiectului. Această imagine intermediară este văzută de ochi printr-un ocular, a cărui acțiune este similară cu cea a unei lupe. Ocularul este poziționat astfel încât imaginea intermediară să fie în planul său focal; în acest caz, razele din fiecare punct al obiectului se propagă după ocular într-un fascicul paralel. Un instrument conceput pentru a obține imagini mărite, precum și pentru a măsura obiecte sau detalii structurale care sunt invizibile sau greu de văzut cu ochiul liber, folosit pentru a mări de mai multe ori obiectele în cauză. Cu ajutorul acestor instrumente se determină dimensiunea, forma și structura celor mai mici particule. Microscop– echipamente optice indispensabile pentru domenii de activitate precum medicină, biologie, botanică, electronică și geologie, deoarece descoperirile științifice se bazează pe rezultatele cercetării; diagnostic corect iar noi medicamente sunt în curs de dezvoltare.

Primul microscop, inventate de omenire, au fost optice, iar primul inventator nu este atât de ușor de identificat și numit. Cele mai vechi informații despre un microscop datează din 1590. Puțin mai târziu, în 1624 anul Galileo Galileo își prezintă compusul microscop, pe care l-a numit inițial „occhiolino”. Un an mai târziu, prietenul său de la Academia Giovanni Faber a propus termenul pentru noua invenție microscop.

Tipuri de microscoape

În funcție de rezoluția necesară a microparticulelor de materie luate în considerare, microscopie, microscoapele sunt clasificate în:

Ochiul uman este un sistem optic natural caracterizat printr-o anumită rezoluție, adică cea mai mică distanță dintre elementele obiectului observat (percepute ca puncte sau linii), la care pot fi încă diferite unele de altele. Pentru ochi normal când se îndepărtează de obiect de către așa-numitul. cea mai bună distanță de vedere (D = 250 mm), rezoluția medie normală este de 0,176 mm. Dimensiunile microorganismelor, majoritatea celulelor vegetale și animale, cristalele mici, detaliile microstructurii metalelor și aliajelor etc. sunt semnificativ mai mici decât această valoare. Până la jumătatea secolului al XX-lea au lucrat doar cu radiații optice vizibile, în intervalul 400-700 nm, precum și cu ultraviolete apropiate (microscop cu fluorescență). Microscop optic nu a putut oferi o rezoluție mai mică decât jumătatea ciclului undei de radiație de referință (intervalul de lungimi de undă 0,2-0,7 µm sau 200-700 nm). Prin urmare, microscop optic capabil să distingă structurile cu o distanță între puncte de până la ~0,20 μm, astfel încât mărirea maximă care a putut fi atinsă a fost de ~2000x.

vă permite să obțineți 2 imagini ale unui obiect, văzut dintr-un unghi ușor, care oferă percepție tridimensională; acesta este un dispozitiv optic pentru mărirea multiplă a obiectelor luate în considerare, care are un atașament binocular special care vă permite să studiați obiectul folosind ambii ochi. Acesta este confortul și avantajul său față de microscoapele convenționale. Acesta este motivul pentru care microscop binocular cel mai des folosit în laboratoare profesionale, instituții medicale și instituții de învățământ superior institutii de invatamant. Alte avantaje ale acestui dispozitiv includ calitatea ridicată a imaginii și contrastul, mecanismele de reglare grosieră și fină. Un microscop binocular funcționează pe același principiu ca și microscoapele monoculare convenționale: obiectul de studiu este plasat sub lentilă, unde este direcționat un flux de lumină artificială. utilizat pentru studii biochimice, patologice, citologice, hematologice, urologice, dermatologice, biologice și clinice generale. Creștere generală(obiectiv * ocular) microscoapele optice cu atașament binocular sunt de obicei mai mari decât cele ale microscoapelor monoculare corespunzătoare.

Stereomicroscop, ca și alte tipuri microscoape optice, vă permit să lucrați atât în ​​lumină transmisă, cât și în lumină reflectată. De obicei au oculare interschimbabile pentru un atașament binocular și o lentilă care nu poate fi înlocuită (există și modele cu lentile interschimbabile). Majoritate stereomicroscoape oferă o mărire semnificativ mai mică decât un microscop optic modern, dar are o mărire semnificativ mai mare distanta focala, care vă permite să vizualizați obiecte mari. În plus, spre deosebire de microscoapele optice convenționale, care oferă de obicei o imagine inversată, sistemul optic stereomicroscop nu „întoarce” imaginea. Acest lucru le permite să fie utilizate pe scară largă pentru disecția manuală a obiectelor microscopice sau folosind micromanipulatoare. Binoclul este cel mai larg utilizat pentru a studia neomogenitățile suprafeței corpurilor solide, opace, cum ar fi rocile, metalele și țesăturile; în microchirurgie etc.

Specificul cercetării metalografice constă în necesitatea observării structurii de suprafață a corpurilor opace. De aceea microscop metalografic sunt construite conform unei scheme de lumină reflectată, unde există un iluminator special instalat pe partea lentilei. Un sistem de prisme și oglinzi direcționează lumina către un obiect, apoi lumina este reflectată de la un obiect opac și trimisă înapoi către lentilă. Dreaptă modernă microscop metalografic caracterizat printr-o distanță mare între suprafața scenei și lentile și o cursă verticală mare a scenei, care vă permite să lucrați cu mostre mari. Distanța maximă poate ajunge la zeci de centimetri. Dar, de obicei, în știința materialelor se folosește un microscop inversat, deoarece nu are restricții privind dimensiunea probei (doar greutatea) și nu necesită paralelismul fețelor de sprijin și de lucru ale probei (în acest caz, acestea coincid).

Pe baza principiului de funcționare microscop polarizant presupune obținerea unei imagini a obiectului studiat atunci când acesta este iradiat cu raze polarizate, care la rândul lor trebuie obținute din lumina obișnuită folosind un dispozitiv special – un polarizator. În esență, atunci când lumina polarizată trece printr-o substanță sau este reflectată de ea, planul de polarizare al luminii se modifică, rezultând o secundă filtru de polarizare apare ca întunecare excesivă. Sau dau reactii specifice precum birefringenta in grasimi. conceput pentru observarea, fotografierea și proiecția video a obiectelor în lumină polarizată, precum și cercetarea folosind metode de screening focal și contrast de fază. folosit pentru a studia o gamă largă de proprietăți și fenomene care sunt de obicei inaccesibile unui microscop optic convențional. Echipat cu optică nesfârșită cu software profesional.

Principiul de funcționare microscoape fluorescente se bazează pe proprietățile radiațiilor fluorescente. Microscop folosit pentru a examina obiecte transparente și opace. Radiațiile luminescente sunt reflectate diferit de diferite suprafețe și materiale, ceea ce face posibilă utilizarea cu succes pentru studii imunochimice, imunologice, imunomorfologice și imunogenetice. Datorită capacităților lor unice, microscop cu fluorescență sunt utilizate pe scară largă în produse farmaceutice, medicina veterinară și producția de plante și, în plus, în industriile biotehnologice. De asemenea, este practic indispensabil pentru activitatea centrelor criminalistice și a instituțiilor sanitare și epidemiologice.

servește la măsurarea precisă a dimensiunilor unghiulare și liniare ale obiectelor. Folosit în practica de laborator, tehnologie și inginerie mecanică. Folosind un microscop de măsurare universal, măsurătorile sunt efectuate folosind metoda proiecției, precum și metoda secțiunii axiale. Microscopul de măsurare universal este ușor de automatizat datorită acestuia caracteristici de proiectare. Cel mai solutie simpla este instalarea unui senzor de deplasare liniară cvasi-absolută, care simplifică foarte mult procesul de măsurători efectuate cel mai frecvent (la UIM). Aplicație modernă Un microscop de măsurare universal implică în mod necesar prezența a cel puțin un dispozitiv digital de citire. În ciuda apariției noilor instrumente de măsurare progresivă, microscopul universal de măsurare este utilizat pe scară largă în laboratoarele de măsurare datorită versatilității, ușurinței de măsurare și capacității de a automatiza cu ușurință procesul de măsurare.

Un microscop electronic face posibilă obținerea de imagini ale obiectelor cu o mărire maximă de până la 1.000.000 de ori, datorită utilizării, spre deosebire de un microscop optic, a unui fascicul de electroni cu energii de 200 V ÷ 400 keV sau mai mult în locul unui flux luminos (de exemplu, un microscop electronic cu transmisie de înaltă rezoluție cu o tensiune de accelerare de 1 MV). Rezoluţie microscop electronic De 1000÷10000 de ori mai mare decât rezoluția unui microscop cu lumină și pentru cele mai bune instrumente moderne poate fi mai mică de un angstrom. Pentru a obține o imagine microscop electronic folosește lentile magnetice speciale care controlează mișcarea electronilor în coloana instrumentului folosind un câmp magnetic. Imaginea electronică este formată din electrice și campuri magnetice aproximativ la fel ca lumina - cu lentile optice.

Aceasta este o clasă de microscoape pentru obținerea unei imagini a unei suprafețe și a caracteristicilor sale locale. Procesul de imagistică se bazează pe scanarea suprafeței cu o sondă. ÎN caz general vă permite să obțineți o imagine tridimensională a suprafeței (topografie) cu rezoluție înaltă. V formă modernă inventat de Gerd Karl Binnig și Heinrich Rohrer în 1981. O caracteristică distinctivă a SPM este prezența: a unei sonde, a unui sistem de deplasare a sondei în raport cu probă de-a lungul coordonatelor a 2-a (X-Y) sau a 3-a (X-Y-Z), un sistem de înregistrare. Sistemul de înregistrare înregistrează valoarea unei funcții care depinde de distanța sondă-probă. De obicei, valoarea înregistrată este procesată negativ de către sistem părere, care controlează poziția probei sau a sondei de-a lungul uneia dintre coordonatele (Z). Un controler PID este cel mai adesea folosit ca sistem de feedback.

Principalele tipuri scanare microscoape cu sondă :

Microscop cu forță atomică de scanare

Microscop tunel de scanare

Microscop optic în câmp apropiat

- un aparat pentru studierea obiectelor foarte mici ale căror dimensiuni sunt comparabile cu lungimea de undă a razelor X. Bazat pe utilizare radiatie electromagnetica cu o lungime de undă de la 0,01 la 1 nanometru. din punct de vedere al rezoluției este între microscoapele electronice și cele optice. Rezoluție teoretică microscop cu raze X ajunge la 2-20 nanometri, ceea ce este cu un ordin de mărime mai mare decât rezoluția unui microscop optic (până la 150 nanometri). În prezent există microscop cu raze X cu o rezoluție de aproximativ 5 nanometri.

Microscopul cu raze X sunt:

Microscop cu raze X de proiectie.
Un microscop cu raze X de proiecție este o cameră în care o sursă de radiații și un dispozitiv de înregistrare sunt situate la capete opuse. Pentru a obține o imagine clară, este necesar ca deschiderea unghiulară a sursei să fie cât mai mică. Până de curând, microscoapele de acest tip nu foloseau dispozitive optice suplimentare. Principala modalitate de a obține o mărire maximă este plasarea obiectului cât mai aproape de sursa de raze X. Pentru a face acest lucru, focarul tubului este situat direct pe fereastra tubului cu raze X sau pe partea superioară a acului anodului plasat lângă fereastra tubului. ÎN În ultima vreme Sunt dezvoltate microscoape care folosesc plăci de zonă Fresnel pentru a focaliza imaginile. Astfel de microscoape au o rezoluție de până la 30 de nanometri.

Microscop cu raze X reflectorizante.
Acest tip de microscop folosește tehnici pentru a obține o mărire maximă, datorită cărora rezoluția liniară a unui microscop cu raze X de proiecție ajunge la 0,1-0,5 microni. Ei folosesc un sistem de oglinzi ca lentile. Imaginile create de microscoapele cu raze X reflectorizante, chiar și cu profilul precis al oglinzilor lor, sunt distorsionate de diverse aberații ale sistemelor optice: astigmatism, comă. Cristalele unice curbate sunt, de asemenea, folosite pentru a focaliza radiația de raze X. Dar, în același timp, calitatea imaginii este afectată de imperfecțiunile structurale ale monocristalelor, precum și de valoarea finită a unghiurilor de difracție Bragg. Microscopul cu raze X reflectorizante nu a fost primit răspândită din cauza dificultăţilor tehnice ale fabricării şi exploatării acestuia.

Un microscop diferenţial de interferenţă-contrast vă permite să determinaţi densitatea optică a obiectului studiat pe baza principiului interferenţei şi astfel să vedeţi detalii care sunt inaccesibile ochiului. Sistemul optic relativ complex permite crearea unei imagini alb-negru a probei pe un fundal gri. Această imagine este similară cu cea obținută cu un microscop cu contrast de fază, dar îi lipsește haloul de difracție. Într-un icroscop cu contrast de interferență diferențială, un fascicul polarizat de la o sursă de lumină este împărțit în două fascicule care călătoresc prin eșantion pe diferite căi optice. Lungimile acestor căi optice (adică produsul indicelui de refracție și lungimea căii geometrice) sunt diferite. Ulterior, aceste fascicule interferează la îmbinare. Acest lucru vă permite să creați o imagine tridimensională în relief care să corespundă modificărilor densității optice a probei, subliniind liniile și limitele. Această imagine nu este o imagine topografică exactă.